Final Fantasy XIII-2 является частью Fabula Nova Crystallis Final Fantasy, серии игр, действие которых происходит в одном мире и основано на тех же мифах. Это происходит через три года после падения Кокона, последнего события Final Fantasy XIII.
Главные герои - Сэра, сестра Лайтнинг, и Ноэль, новичок, утверждающий, что он путешественник во времени из 700 лет в будущее. Задавшись целью исправить парадоксы на временной шкале, они путешествуют во времени и пространстве через Валгаллу, царство в конце времени.
Боевая система похожа на ту, что была в Final Fantasy XIII: система ATB под названием Command Synergy Battle, где игрок меняет стратегию, используя Paradigm Shift, который переключается через пользовательские комбинации ролей (Commando, Medic, Ravager, Synergist, Saboteur и Sentinel), предназначенные Сэре, Ноэлю и третьему персонажу, монстру, захваченному после битвы.
Битвы монстров - это случайные встречи, которые появляются на карте и должны быть активированы, чтобы вступить в битву. Их можно избежать. У врагов по-прежнему есть счетчик цепи, который заполняется, когда они получают удар. Заполнение шкалы до определенной точки ошеломляет врага, позволяя нанести огромный урон. Групповых монстров можно настроить, экипировав определенные предметы и повысив уровень до определенного уровня, различающегося для каждого захваченного монстра.